DE102010031843A1

DE102010031843A1 - Filterelement zur Filtration von Fluiden

Info

Publication number: DE102010031843A1
Application number: DE102010031843A
Authority: DE
Inventors: Volker Grobe; Uwe Fries
Original assignee: RT Filtertechnik GmbH
Current assignee: RT Filtertechnik GmbH
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-01-26
Also published as: EP2595719A1; WO2012010324A1; US20130146528A1

Abstract

Ein Filterelement zur Filtration von Fluiden, mit einer flächigen Stützstruktur, die die Wand eines Stützrohres bildet, das die Außenseite und/oder Innenseite eines Filtermediums umgibt und ein Lochmuster bildende Durchströmöffnungen (5) aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Durchströmöffnungen (5) einen im Wesentlichen mehreckförmigen Grundquerschnitt aufweist, mit aneinander angrenzenden Seitenlinien (13), die in Eckbereichen (6) zusammen laufen, die zur Materialentlastung bei Spannungs- oder Krafteinleitung von einer die Seitenlinien (13) verbindenden Kurvenlinie (11) begrenzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filterelement zur Filtration von Fluiden, mit einer flächigen Stützstruktur, die die Wand eines Stützrohres bildet, das die Außenseite und/oder Innenseite eines Filtermediums umgibt und ein Lochmuster bildende Durchströmöffnungen aufweist.
Für den Betrieb von Filtereinrichtungen, wie sie beispielsweise in Hydrauliksystemen zur Filtration von Hydraulikflüssigkeiten oder in anderen Anlagen zur Filtration von Kraftstoffen, Schmierstoffen oder anderen Betriebsmitteln eingesetzt werden, ist ein gutes Betriebsverhalten der benutzten Filterelemente maßgeblich. Wesentliche Gesichtspunkte sind hierbei eine druckfeste Abstützung der Filtermedien gegen angreifende Strömungskräfte, was hohe mechanische Festigkeit der betreffenden Stützstrukturen bedingt, und dass durch die Stützstruktur ein Mindestmaß an Strömungswiderstand erzeugt werden soll. Um diesen sich widerstrebenden Forderungen soweit wie möglich gerecht zu werden, ist es Stand der Technik, Lochmuster mit runden Löchern zu bilden. Um die erwünschten niedrigen Werte des Strömungswiderstandes zu erreichen, müssen die Löcher in entsprechend dichter Packung angeordnet werden, wodurch sich zwischen den Löchern Materialengstellen ergeben, die Schwachstellen der Struktur bilden, so dass sich kein annehmbarer Kompromiss aus Strukturfestigkeit und Fluiddurchlässigkeit erreichen lässt.
Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Filterelement zur Verfügung zu stellen, das mit einer Stützstruktur versehen ist, die sich durch eine hohe mechanische Festigkeit bei gleichseitig guter Fluiddurchlässigkeit auszeichnet.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein Filterelement gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass das Lochmuster Durchströmöffnungen von im Wesentlichen mehreckförmigem Grundquerschnitt aufweist, wobei die durch die zusammenlaufenden Seitenlinien gebildeten Eckbereiche jeweils durch eine die Seitenlinien verbindende Kurvenlinie begrenzt sind. Im Vergleich zu einer runden Lochform ist durch eine Mehreckform der Öffnungen bei einer Packungsdichte des Musters, bei der sich gleiche Minimalabstände benachbarter Öffnungen und damit vergleichbare Material-Schwachstellen ergeben, eine größere freie Lochfläche erreichbar und damit ein geringerer Strömungswiderstand. Dadurch, dass ferner die Durchströmöffnungen in den Eckbereichen durch eine Kurvenlinie begrenzt sind und die Seitenlinien somit nicht in scharfe Ecken bildenden Stossstellen zusammenlaufen, verbessert sich die Widerstandsfähigkeit des Werkstoffes gegen Kerben. Zudem gestaltet sich die Herstellung von Öffnungen mit abgerundeten Ecken, beispielsweise beim Lochstanzen, problemloser als bei scharfkantigen Ecken.
Mit besonderem Vorteil sind im Grundquerschnitt rechteckförmige, insbesondere quadratische Durchströmöffnungen vorgesehen.
Für einen optimalen Kompromiss aus Strukturfestigkeit und Fluiddurchlässigkeit kann hierbei die Anordnung so getroffen sein, dass die Durchströmöffnungen ein Lochmuster bilden, bei dem die Durchströmöffnungen in geraden Zeilen und Spalten angeordnet sind und die Durchströmöffnungen von Zeilen und Spalten jeweils miteinander fluchten.
Mit besonderem Vorteil kann hierbei ein regelmäßiges Lochmuster mit in den Zeilen und Spalten in jeweils gleichen Abständen angeordneten Durchströmöffnungen vorgesehen sein.
Ein besonderes guter Kompromiss aus Strukturfestigkeit und Fluiddurchlässigkeit ist bei Durchströmöffnungen quadratischen Grundquerschnittes erreichbar, wenn das Verhältnis zwischen Seitenlänge und Abstand des Zentrums benachbarter Durchströmöffnungen etwa 3:5 beträgt.
Bei nicht übermäßig großen Filterelementen kann die Stützstruktur ein im Wesentlichen die gesamte Außenseite und/oder Innenseite eines zylindrischen Filtermaterials umgebendes einstückiges Stützrohr bilden.
Andererseits kann bei besonders groß dimensionierten Filterelementen ein die Außenseite des zylindrischen Filtermaterials umgebendes Stützrohr auch aus einem Wickel aus einem oder mehreren bandförmigen Stützstrukturteilen gebildet sein.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine stark schematisch vereinfacht gezeichnete perspektivische Ansicht einer flächigen Stützstruktur in Form eines äußeren Stützrohres für ein im Übrigen nicht dargestelltes Filterelement;
2 eine Draufsicht eines regelmäßigen Lochmusters, das Öffnungen quadratischen Grundquerschnitts aufweist;
3 eine stark vergrößert gezeichnete Darstellung einer Öffnung quadratischen Grundquerschnittes, die für eine Stützstruktur eines Filterelementes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in den Eckbereichen durch eine die Seitenlinien verbindende Kurvenlinie begrenzt sind;
4 und 5 der 3 entsprechende Darstellungen von Öffnungen mit Grundquerschnitten in Form eines Sechseckes bzw. eines Parallelogramms und
6 eine der 1 ähnliche Darstellung eines äußeren Stützrohres, das aus einem Wickel flächiger, bandförmiger Stützstrukturteile gebildet ist.
Die 1 zeigt in stark vereinfacht gezeichneter Darstellung eine Stützstruktur in Form eines äußeren Stützrohres 1 für ein Filterelement. Das Stützrohr 1 umgibt die Außenseite eines nicht dargestellten Filtermediums, das in üblicher Art aufgebaut sein kann, beispielsweise in Form einer mehrlagigen Filtermattenbahn, die plisseeartig gefaltet und in die Form eines zylindrischen Hohlkörpers gebracht sein kann. Die Wand des Stützrohres 1 bildet eine Durchströmfläche, in der für den Fluiddurchtritt Durchströmöffnungen ein Lochmuster 3 bilden, dessen Löcher 5 in 1 nur teilweise eingezeichnet und beziffert sind.
Die 2 zeigt ein Beispiel eines regelmäßigen Lochmusters 3 mit Löchern 5 quadratischen Grundquerschnittes zur Bildung eines Stützrohres 1 für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Filterelementes. Während 2 die Musteranordnung der Löcher 5 deutlich zeigt, ist die erfindungsgemäße, spezielle Ausbildung der Eckbereiche 6 (3) der Löcher 5 aus der Darstellung der 2 nicht entnehmbar. Die spezielle Gestaltung dieser Eckbereiche 6 ist aus der vergrößerten Darstellung von 3 deutlich entnehmbar.
Wie 2 zeigt, ist das Lochmuster 3 in Form eines regelmäßigen Musters derart aufgebaut, dass geradlinige Zeilen 7 und hierzu senkrecht verlaufende, geradlinige Spalten 9 (jeweils nur teilweise beziffert) gebildet sind, wobei die Löcher 5 in den Zeilen 7 und in den Spalten 9 jeweils gleiche Abstände voneinander aufweisen und die Löcher 5 gleiche Form und Abmessung besitzen. Bei dem in 2 dargestellten Lochmuster 3 beträgt das Verhältnis zwischen Seitenlänge a und Abstand b des Zentrums benachbarter Löcher 5 etwa 3:5. Eine derartige Gestaltung ergibt einen guten Kompromiss zwischen mechanischer Festigkeit und Fluiddurchlässigkeit. Es versteht sich, dass in Fällen, bei denen eine hohe mechanische Festigkeit den Vorrang vor guter Fluiddurchlässigkeit hat, andere Gestaltsverhältnisse in Frage kommen, wie auch in Fällen, bei denen im Betrieb geringere Strömungskräfte an der Stützstruktur wirksam sind, so dass das Muster speziell im Hinblick auf größtmögliche Fluiddurchlässigkeit gestaltet werden kann.
Die Ausbildung der Eckbereiche 7 der Löcher 5 ist aus 3 deutlich entnehmbar. Wie gezeigt, laufen die Seitenlinien 13 nicht vollständig zusammen, so dass keine scharfkantigen Eckbereiche 7 gebildet werden, sondern die Seitenlinien 13 sind jeweils durch eine Kurvenlinie 11 verbunden, so dass in den Eckbereichen 7 Abrundungen gebildet sind. Diese Formgebung führt zu einer Materialentlastung an den Engstellen oder Schwachstellen der Struktur bei Belastung durch Strömungskräfte. Wie bereits erwähnt, ergeben sich auch Vorteile bei der Herstellung der Löcher 5. Bei der Herstellung der Löcher 5 durch Lochstanzen ist die Beanspruchung der Lochstempel in scharfkantigen Eckbereichen besonders stark, was zu verkürzten Standzeiten der Lochstempel führt, wenn vermieden werden soll, dass sich in der gestanzten Lochkontur an den scharfen Eckbereichen 7 Ausfransungen bilden.
Die 4 und 5 verdeutlichen, dass die Erfindung auch auf andere mehreckförmige Grundquerschnitte der Löcher 5 anwendbar ist. So zeigt 4 ein Beispiel für Löcher 5 sechseckförmigen Grundquerschnittes, während 5 die erfindungsgemäße Ausbildung von Löchern 5 mit einem Grundquerschnitt in Parallelogrammform zeigt.
Mit einer Stützstruktur mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Lochmuster 3 lassen sich Stützrohre 1 in einstückiger Bauweise bilden, die im wesentlichen die gesamte Außenseite und/oder Innenseite des betreffenden Filtermaterials umgeben. Wenn es sich um besonders großformatige Filterelemente handelt, kann man ein Stützrohr 1, insbesondere, wenn es die Außenseite des Filtermaterials umgibt, in der in 6 verdeutlichten Wickelbauweise ausbilden, indem der Gesamtzylinder des Stützrohres 1 aus einem oder mehreren bandförmigen Stützstrukturteilen 15 aufgebaut ist, die sich randseitig geringfügig überlappen und an der Überlappung aneinander befestigt sind, beispielsweise durch Bördeln, Kleben, Schweißen, Löten oder dergleichen.
Die Ausbildung des Lochmusters 3 kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch Lasern, Ätzen oder bei für das Lochstanzen geeigneten Werkstoffen in vorteilhafter Weise durch Stanzen. Als für das Lochstanzen geeigneter Werkstoff kann ein Metallblech, das gegenüber den zu filtrierenden Medien korrosionsbeständig ist, benutzt werden. Dabei kann es sich um ein feuerlaminiertes Blech (Zincor^®) handeln, das verzinnt werden kann, wobei die Verbindungsstellen benachbarter Strukturteile 15 bei Wickelbauweise des Stützrohres 1 verlötet werden können.

Claims

Filterelement zur Filtration von Fluiden, mit einer flächigen Stützstruktur, die die Wand eines Stützrohres (1) bildet, das die Außenseite und/oder Innenseite eines Filtermediums umgibt und ein Lochmuster (3) bildende Durchströmöffnungen (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Durchströmöffnungen (5) einen im Wesentlichen mehreckförmigen Grundquerschnitt aufweist, mit aneinander angrenzenden Seitenlinien (13), die in Eckbereichen (6) zusammen laufen, die zur Materialentlastung bei Spannungs- oder Krafteinleitung von einer die Seitenlinien (13) verbindenden Kurvenlinie (11) begrenzt sind.
Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundquerschnitt rechteckförmige, insbesondere quadratische Durchströmöffnungen (5) vorgesehen sind.
Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmöffnungen (5) ein Lochmuster (3) bilden, bei dem die Durchströmöffnungen (5) in geradlinigen Zeilen (7) und Spalten (9) angeordnet sind und die Durchströmöffnungen (5) von Zeilen (7) und Spalten (9) jeweils miteinander fluchten.
Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein regelmäßiges Lochmuster (3) mit in den Zeilen (7) und Spalten (9) in jeweils gleichen Abständen angeordneten Durchströmöffnungen (5) vorgesehen ist.
Filterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Durchströmöffnungen (5) quadratischen Grundquerschnittes das Verhältnis zwischen Seitenlänge (a) und Abstand (b) des Zentrums benachbarter Durchströmöffnungen (5) etwa 3:5 beträgt.
Filterelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur ein im Wesentlichen die gesamte Außenseite und/oder Innenseite eines zylindrischen Filtermaterials umgebendes Stützrohr (1) bildet.
Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Außenseite eines zylindrischen Filtermaterials umgebendes Stützrohr (1) aus einem Wickel aus einem oder mehreren bandförmigen Stützstrukturteilen (15) gebildet ist.